CN109395759A - 一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子及其制备方法和应用 - Google Patents
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Abstract
本发明属于光催化材料领域，公开了一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子及其制备方法和应用。所述具有核壳结构的Fe3C纳米粒子通过如下方法制备得到：将普鲁士蓝粉末在惰性气氛中加热至650～850℃煅烧1～5h，得到具有核壳结构的Fe3C纳米粒子。将具有核壳结构的Fe3C纳米粒子与g‑C3N4混合研磨，然后在惰性气氛中加热至150～450℃煅烧1～3h，得到复合材料。所得复合材料可应用于光催化产氢或光催化降解有机废水。本发明以普鲁士蓝作为原料，通过一步法煅烧合成Fe3C纳米粒子，制备方法简单高效。得到的Fe3C纳米粒子与g‑C3N4复合后可显著提高光催化产氢和光催化降解亚甲基蓝的效率。
Description
技术领域
本发明属于光催化材料领域，具体涉及一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子及其制备方法和应用。
背景技术
能源问题是当今制约世界经济发展最重要的问题。自从人类进入工业化时代以来，人类活动对周围环境引发了一系列的问题，造成了环境污染。随着人口的快速增长，人们对物质的需求日益增加，资源的过度消耗和废物污染物的排放使得环境问题日益严重。随着染料工业规模的不断扩大，染料和染料中间生产行业产生了大量的工业废水，已成为染料废水的主要来源。在染色原料生产中，90％的无机原料和10-30％的有机原料将被排放至水中。这些有害的工业废水对水环境造成了严重的污染。水体中的染料废水色度大，严重影响水体的透水性，直接导致水体生态系统的破坏。工业生产中的染料废水由于其浓度高、成分复杂，含有许多难生物降解的物质和无机盐、硫化物等，已成为环境污染的主要来源之一。
传统的有机染料废水处理方法有物理吸附法、生物处理法和化学氧化法。其中物理方法主要有吸附法(如活性炭、树脂、硅藻土等)、混凝沉淀法(需要添加混凝剂、助凝剂达到脱色效果)、磁选法、气体法。化学氧化法是一种强氧化性物质，如臭氧、过氧化氢、氯等，以达到净化废水的目的。有机染料废水深度处理效果较好，但存在净化过程能耗大、单一氧化剂对不同废水处理适应性差等缺点，处理效果不稳定。光催化降解技术作为一种新型的先进氧化技术，已引起国内外研究者的广泛关注，认为光催化降解技术在有机废水处理中的应用前景广阔。
化石能源利用具有高碳、低效率、不清洁的特点，因此造成的许多环境问题从本质上讲还是能源问题。清洁、高效和系统地应用清洁能源，包括太阳能、风能、水能、地热能、生物质能、潮汐能等可以做到对生态环境零污染或极低污染。大力发展清洁能源，不仅提供了充足的能源，保障了社会经济的发展，而且有利于改善环境。氢能是一种二次能源，具有清洁、无污染、效率高、重量轻、储运性能好、用途广泛等优点。然而，氢能需要以某种方式从其他能源中获得，最方便的途径便是电解水，另外还有一些生物制氢方法可用于制氢。目前，工业制氢方法主要是通过天然气、石油和煤在高温下与水反应制氢。大规模生产虽已实现，但无法满足可持续发展的要求。随着科学技术的不断发展，如果可以实现氢能的低成本，工业化大规模生产，以氢能作为主要能源可以有效改善环境污染和能源危机。在当前众多的制氢方法中，光解水作为一种新兴的技术利用太阳能从分解水获得氢气，是一种非常有潜力的制氢方法。
石墨相氮化碳(g-C3N4)是一种对环境友好的有机半导体，具有适当的带隙，响应可见光的波长，可用于光催化产氢。但是，g-C3N4也有一些明显的缺点，特别是在光生电子迁移的过程中，很容易与光生空穴发生复合，独立的光催化活性并不高。在未负载辅助助催化剂的情况下，纯的g-C3N4上几乎无法产生H2。而通过负载不同的辅助助催化剂能有效地减少光生载流子的复合，可以有效提高g-C3N4的光催化产氢速率。通常使用的是一些贵金属作为辅助助催化剂，例如Pt，Ru，Pd，Rh等，可以将半导体导带上激发的电子迅速转移到金属表面，能够提高了电子和空穴的分离效率。不仅如此，这些贵金属还有降低产氢过电势的作用，从而能够提高g-C3N4的光催化产氢活性。然而，Pt等贵金属资源稀缺且价格昂贵，不利于大规模的实际应用和成本控制。因此，有必要开发和研究其他成本较低的辅助助催化剂来替代贵金属才能真正走向实际应用。Fe3C作为一种电催化剂已经被广泛应用于电催化领域，但是作为光催化助催化剂应用于光催化产氢和光催化降解领域还目前还未见报道。
发明内容
针对以上现有技术存在的缺点和不足之处，本发明的首要目的在于提供一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子的制备方法。
本发明的另一目的在于提供一种通过上述方法制备得到的具有核壳结构的Fe3C纳米粒子。
本发明的再一目的在于提供一种由具有核壳结构的Fe3C纳米粒子制备的复合材料。
本发明的又一目的在于提供上述复合材料在光催化产氢或光催化降解有机废水中的应用。
本发明目的通过以下技术方案实现：
一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子的制备方法，包括如下步骤：
将普鲁士蓝粉末在惰性气氛中加热至650～850℃煅烧1～5h，得到具有核壳结构的Fe3C纳米粒子。
优选地，所述惰性气氛是指氮气或氩气气氛。
优选地，所述煅烧温度为750℃，煅烧时间为3h。
优选地，所述煅烧的升温速率为3～10℃/min；更优选为5℃/min。
一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子，通过上述方法制备得到。
优选地，所述具有核壳结构的Fe3C纳米粒子的粒径为80～100nm。
一种由具有核壳结构的Fe3C纳米粒子制备的复合材料，通过如下方法制备得到：将具有核壳结构的Fe3C纳米粒子与g-C3N4混合研磨，然后在惰性气氛中加热至150～450℃煅烧1～3h，得到复合材料。
优选地，所述Fe3C纳米粒子的加入量占Fe3C纳米粒子和g-C3N4总质量的5％～20％；更优选Fe3C纳米粒子的加入量占Fe3C纳米粒子和g-C3N4总质量的10％～15％。
优选地，所述煅烧的温度为300℃，煅烧时间为1h。
上述复合材料在光催化产氢或光催化降解有机废水中的应用。
优选地，所述有机废水是指含有亚甲基蓝的有机废水。
本发明具有如下优点及有益效果：
(1)本发明采用简单易得，高度商业化的普鲁士蓝作为原料，通过一步法煅烧合成Fe3C纳米粒子。操作简单，反应时间短，合成效率高。得到的Fe3C纳米粒子具有核壳结构，产物纯度高，粒径小，纳米粒子直径在80～100nm之间，大小分布十分均匀，有较大的比表面积。
(2)本发明制备的Fe3C纳米粒子具有核壳结构，外层包覆有适当厚度的碳层，不易被氧化且可长时间存储，利于工业化规模生产。
(3)本发明由Fe3C纳米粒子制备的复合材料既可以用于光催化产氢，又可以用于光催化降解亚甲基蓝。在15％的三乙醇胺溶液中，加入10mg的FeC15复合材料每小时的产氢量可以达到270μmol/g。在10mg/L的亚甲基蓝溶液中，FeC复合材料的加入浓度为100mg/L时，2小时后的亚甲基蓝的降解率可以达到62.57％。
附图说明
图1为本发明实施例1所得Fe3C纳米粒子的SEM图。
图2为本发明实施例1所得Fe3C纳米粒子的XRD图。
图3为本发明实施例3所得FeC15复合材料的SEM图。
图4为本发明实施例1～4所得复合材料的XRD衍射图。
图5为本发明实施例1～4所得复合材料的产氢效率与g-C3N4及0.5％Pt/g-C3N4的对比图。
图6为本发明实施例1～4所得复合材料及g-C3N4对亚甲基蓝的降解效果对比图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
(1)将1g普鲁士蓝粉末放入瓷舟中，放入管式炉中在氮气气氛中加热至750℃煅烧3小时，升温速率为5℃/min，氮气流速为30L/h，得到的黑色粉末即为Fe3C纳米粒子。所得Fe3C纳米粒子的扫描电镜(SEM)图如图1所示。由图1可见所得Fe3C纳米粒具有核壳结构，外层包覆有适当厚度的碳层；Fe3C纳米粒子的粒径为80nm左右。所得Fe3C纳米粒子的XRD图如图2所示。XRD图结果表明所得黑色粉末产物为高纯度的Fe3C纳米粒子。
(2)将所得Fe3C纳米粒子与g-C3N4以1:19的质量比(5％)混合研磨后，在300℃的氮气中煅烧1小时后得到复合材料(记为FeC5)。通过扫描电镜和透射电镜观察得到Fe3C纳米颗粒与g-C3N4已经十分均匀的复合在一起。所得复合材料的XRD图如图4所示，XRD图谱可以清晰的观察到Fe3C和g-C3N4的衍射峰。
将本实施例制备的FeC5作为光催化剂，进行光催化产氢测试。将10mg催化剂分散在含15％三乙醇胺的100ml水溶液中，将100ml的混合溶液转移到石英密封反应器中。用300W Xe灯加上滤光片获得420nm以上的光源。在光照前，通入30min以上的N2使反应器内达到厌氧环境。光照后每小时从反应器中提取出400μ1的气体用气相色谱仪(GC-7900)分析，并通过计算得出光催化制氢效率。得到每克FeC5粉末的产氢效率为115.6μmol/h，对比载0.5％Pt的g-C3N4产氢量(275μmol/h)，达到了42.1％的效率。所得复合材料的产氢效率与g-C3N4及0.5％Pt/g-C3N4的对比图如图5所示。
将本实施例制备的FeC5作为光催化剂，进行光催化降解亚甲基蓝测试。亚甲基蓝初始浓度为40mg/L(C0)亚甲基蓝溶液100mL，同时加入10mg FeC5复合材料，在暗光下搅拌吸附30min后，持续光照搅拌，在不同搅拌时间下取样测试亚甲基蓝浓度(Ct)，并与g-C3N4比较，结果如图6所示。2小时后亚甲基蓝的降解率可达41.56％。
实施例2
(1)将1g普鲁士蓝粉末放入瓷舟中，放入管式炉中在氮气气氛中加热至750℃煅烧3小时，升温速率为5℃/min，氮气流速为30L/h，得到的黑色粉末即为Fe3C纳米粒子。通过扫描电镜和透射电镜观察到制备出的Fe3C纳米粒子具有核壳结构，外层包覆有适当厚度的碳层，Fe3C纳米粒子的粒径为80nm左右。通过X射线粉末衍射测试得到的XRD图谱证明了制备得到的黑色粉末为高纯度的Fe3C纳米颗粒。
(2)将所得Fe3C纳米粒子与g-C3N4以1:9的质量比(10％)混合研磨后，在300℃的氮气中煅烧1小时后得到复合材料(记为FeC10)。通过扫描电镜和透射电镜观察得到Fe3C纳米颗粒与g-C3N4已经十分均匀的复合在一起。所得复合材料的XRD图如图4所示，XRD图谱可以清晰的观察到Fe3C和g-C3N4的衍射峰。
将本实施例制备的FeC10作为光催化剂，进行光催化产氢测试。得到每克FeC10粉末的产氢效率为224.3μmol/h，对比载0.5％Pt的g-C3N4产氢量(275μmol/h)，达到了81.5％的效率。所得复合材料的产氢效率与g-C3N4及0.5％Pt/g-C3N4的对比图如图5所示。
将本实施例制备的FeC10作为光催化剂，进行光催化降解亚甲基蓝测试。亚甲基蓝初始浓度为40mg/L(C0)亚甲基蓝溶液100mL，同时加入10mg FeC10复合材料，在暗光下搅拌吸附30min后，持续光照搅拌，在不同搅拌时间下取样测试亚甲基蓝浓度(Ct)，并与g-C3N4比较，结果如图6所示。2小时后亚甲基蓝的降解率可达57.85％。
实施例3
(1)将1g普鲁士蓝粉末放入瓷舟中，放入管式炉中在氮气气氛中加热至750℃煅烧3小时，升温速率为5℃/min，氮气流速为30L/h，得到的黑色粉末即为Fe3C纳米粒子。通过扫描电镜和透射电镜观察到制备出的Fe3C纳米粒子具有核壳结构，外层包覆有适当厚度的碳层，Fe3C纳米粒子的粒径为80nm左右。通过X射线粉末衍射测试得到的XRD图谱证明了制备得到的黑色粉末为高纯度的Fe3C纳米颗粒。
(2)将所得Fe3C纳米粒子与g-C3N4以3:17的质量比(15％)研磨后，在300℃的氮气中煅烧1小时后得到复合材料(记为FeC15)。所得FeC15复合材料的SEM图如图3所示。由SEM图可见，Fe3C纳米颗粒与g-C3N4已经十分均匀的复合在一起。所得复合材料的XRD图如图4所示，XRD图谱可以清晰的观察到Fe3C和g-C3N4的衍射峰。
将本实施例制备的FeC5作为光催化剂，进行光催化产氢测试。得到每克FeC15粉末的产氢效率为270.1μmol/h，对比载0.5％Pt的g-C3N4产氢量(275μmol/h)，达到了98.2％的效率。所得复合材料的产氢效率与g-C3N4及0.5％Pt/g-C3N4的对比图如图5所示。
将本实施例制备的FeC15作为光催化剂，进行光催化降解亚甲基蓝测试。亚甲基蓝初始浓度为40mg/L(C0)亚甲基蓝溶液100mL，同时加入10mg FeC15复合材料，在暗光下搅拌吸附30min后，持续光照搅拌，在不同搅拌时间下取样测试亚甲基蓝浓度(Ct)，并与g-C3N4比较，结果如图6所示。2小时后亚甲基蓝的降解率可达62.57％。
实施例4
(1)将1g普鲁士蓝粉末放入瓷舟中，放入管式炉中在氮气气氛中加热至750℃煅烧3小时，升温速率为5℃/min，氮气流速为30L/h，得到的黑色粉末即为Fe3C纳米粒子。通过扫描电镜和透射电镜观察到制备出的Fe3C纳米粒子具有核壳结构，外层包覆有适当厚度的碳层，Fe3C纳米粒子的粒径为80nm左右。通过X射线粉末衍射测试得到的XRD图谱证明了制备得到的黑色粉末为高纯度的Fe3C纳米颗粒。
(2)将所得Fe3C纳米粒子与g-C3N4以1:4的质量比(20％)研磨后，在300℃的氮气中煅烧1小时后得到复合材料(记为FeC20)。通过扫描电镜和透射电镜观察得到Fe3C纳米颗粒与g-C3N4已经十分均匀的复合在一起。所得复合材料的XRD图如图4所示，XRD图谱可以清晰的观察到Fe3C和g-C3N4的衍射峰。
将本实施例制备的FeC20作为光催化剂，进行光催化产氢测试。得到每克FeC20粉末的产氢效率为187.2μmol/h，对比载0.5％Pt的g-C3N4产氢量(275μmol/h)，达到了68.1％的效率。所得复合材料的产氢效率与g-C3N4及0.5％Pt/g-C3N4的对比图如图5所示。
将本实施例制备的FeC20作为光催化剂，进行光催化降解亚甲基蓝测试。亚甲基蓝初始浓度为40mg/L(C0)亚甲基蓝溶液100mL，同时加入10mg FeC20复合材料，在暗光下搅拌吸附30min后，持续光照搅拌，在不同搅拌时间下取样测试亚甲基蓝浓度(Ct)，并与g-C3N4比较，结果如图6所示。2小时后亚甲基蓝的降解率可达48.93％。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其它的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子的制备方法，其特征在于包括如下步骤：
将普鲁士蓝粉末在惰性气氛中加热至650～850℃煅烧1～5h，得到具有核壳结构的Fe3C纳米粒子。
2.根据权利要求1所述的一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述惰性气氛是指氮气或氩气气氛。
3.根据权利要求1所述的一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述煅烧温度为750℃，煅烧时间为3h。
4.根据权利要求1所述的一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子的制备方法，其特征在于：所述煅烧的升温速率为3～10℃/min。
5.一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子，其特征在于：通过权利要求1～4任一项所述的方法制备得到。
6.根据权利要求5所述的一种具有核壳结构的Fe3C纳米粒子，其特征在于：所述具有核壳结构的Fe3C纳米粒子的粒径为80～100nm。
7.一种由具有核壳结构的Fe3C纳米粒子制备的复合材料，其特征在于通过如下方法制备得到：将具有核壳结构的Fe3C纳米粒子与g-C3N4混合研磨，然后在惰性气氛中加热至150～450℃煅烧1～3h，得到复合材料。
8.根据权利要求7所述的一种由具有核壳结构的Fe3C纳米粒子制备的复合材料，其特征在于：所述Fe3C纳米粒子的加入量占Fe3C纳米粒子和g-C3N4总质量的5％～20％。
9.权利要求7或8所述的复合材料在光催化产氢或光催化降解有机废水中的应用。
10.根据权利要求9所述的复合材料在光催化产氢或光催化降解有机废水中的应用，其特征在于：所述有机废水是指含有亚甲基蓝的有机废水。
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|---|---|---|---|---|
| CN111036269A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-21 | 佛山科学技术学院 | 一种复合光催化剂及其制备方法 |
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Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102024938A (zh) * | 2010-10-29 | 2011-04-20 | 北京工业大学 | 一种C/Fe3C锂离子电池负极材料及其制备方法 |
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102024938A (zh) * | 2010-10-29 | 2011-04-20 | 北京工业大学 | 一种C/Fe3C锂离子电池负极材料及其制备方法 |
| CN108435225A (zh) * | 2018-03-09 | 2018-08-24 | 浙江工业大学 | 一种Fe-N/C复合催化剂及其制备方法和应用 |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111036269A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-21 | 佛山科学技术学院 | 一种复合光催化剂及其制备方法 |
| CN111036269B (zh) * | 2019-12-20 | 2023-01-24 | 佛山科学技术学院 | 一种复合光催化剂及其制备方法 |
| CN112675817A (zh) * | 2021-01-04 | 2021-04-20 | 武汉工程大学 | 一种多孔磁性Fe/C混合物及其制备方法和应用 |
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